(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備えた産業用ロボットにおいて、
前記バランサは、回転型電動機により駆動され、
前記バランサの直動軸は、前記回転型電動機の出力軸と平行であることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記バランサの一端は、前記ベースに取り付けられ、もう一端が前記下部アームに取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記バランサは、前記回転型電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の産業用ロボット。
【請求項４】
前記回転型電動機は、中空アクチュエータであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の産業用ロボット。
【請求項５】
前記バランサは、前記送りねじ機構に用いられたナットがロッドに取り付けられ、前記ロッドは前記下部アームに取り付けられたことを特徴とする請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
前記バランサは、前記送りねじ機構のロッドが前記中空アクチュエータの中空部に引き込まれることを特徴とする請求項５に記載の産業用ロボット。
【請求項７】
ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備え、前記下部アームの動作を制御する産業用ロボットの動作方法において、
前記バランサは、回転型電動機により駆動され、
前記バランサの直動軸は、前記回転型電動機の出力軸と平行であり、
前記バランサを駆動する前記回転型電動機が、前記下部アームを駆動する電動機と同期して駆動されることを特徴とする産業用ロボットの動作方法。
【請求項８】
前記バランサを駆動する前記回転型電動機は、前記下部アームを駆動する前記電動機のエンコーダ信号をもとにした指令値により制御されることを特徴とする請求項７に記載の産業用ロボットの動作方法。
【請求項９】
前記バランサを駆動する前記回転型電動機は、前記下部アームの傾斜角度に同期したトルク制御をされることを特徴とする請求項７または８に記載の産業用ロボットの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームバランス装置を備えた産業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットにおいては第２軸下部アーム補助装置として、第２軸下部ア−ムの負荷軽減を目的として圧縮バネを使用したアームバランス装置を配設するのが、一般的である。このような構成を持つ従来の産業用ロボットについて図を用いて説明する。
図４は、従来の産業用ロボットを示した側面図であり、図５は従来の圧縮バネを使用したアームバランス装置の側断面図である。
図４において、産業用ロボット１は固定ベース２と旋回ヘッド３と第２軸下部アーム４と第３軸上部アーム５と手首部６とアームバランス装置７を備えている。旋回ヘッド３は固定ベース２に、垂直軸Ｓ回りに回動自在に支持され、旋回駆動される。第２軸下部アーム４はその下端で旋回ヘッド３に、水平軸Ｌ回りに回動自在に支持され、前後に揺動駆動される。第３軸上部アーム５は第２軸下部アーム４の上端に、水平軸Ｕ回りに回動自在に支持され、上下に揺動駆動される。手首部６は第３軸上部アーム５の先端に、水平軸Ｂ回りに回動自在に支持されている。図５は圧縮バネを使用したアームバランス装置を示す。７は第２軸下部アームが傾動する時に第２軸下部アームに対して反力をつくるアームバランス装置で、第２軸下部アームの動きに従って左右に従動するロッド７１とバネ７２を収容しバネ受部材をその内周面を摺動させるシリンダ７３からなるバランサである。このように、従来のアームバランス装置は負荷軽減を目的としてバネの反発力を利用して第２軸下部アームの傾動を補助するのである。
また、圧縮バネを用いたアームバランス装置を備えた産業用ロボットとして、シリンダ機構によるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この産業用ロボットは、モータにより回転されるボールネジと螺合したボールナットが移動することで下部アームが動作する。また、ボールナットの両端にはバネが配置されており、ボールナットの動作により引っ張り圧縮の作用が起きることから下部アームの傾動する動作を補助するものである。
【特許文献１】特開昭６１−１０９６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
産業用ロボットは、組立、溶接、塗装といった工場内で作業するものである。このように工場内で用いられるロボットには、大きくはフットプリントを小さくして密集配置して生産性を向上させようとすることが要望されている。
ところが、従来の産業用ロボットでは、アームバランス装置が大きく、小型化が難しいという問題が生じていた。また、アームバランス装置が非常に複雑な構造となっていて組立工数が大きくなり、コストアップにつながるという問題があった。メンテナンスの際に専用の治具を必要とするため、メンテナンス性についても問題があった。また、圧縮バネを利用しているため、第２軸下部アーム補助の場合は、バネ定数にトルクが依存してしまい、アームの姿勢によっては逆に第２軸下部アームを駆動するモータの負荷になるといった問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アームバランス装置が小型化でき、操作性の良い産業用ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明は、ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備えた産業用ロボットにおいて、前記バランサが電動機により駆動されたものである。
また、本発明は、前記バランサの一端が、前記固定部に取り付けられ、もう一端が前記下部アームに取り付けられたものである。
また、本発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構から構成されたものである。
また、本発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記電動機に中空アクチュエータが用いられたものである。
また、本発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記送りねじ機構に用いられたナットがロッドに取り付けられ、前記ロッドは前記下部アームに取り付けられたものである。
また、本発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記電動機に中空アクチュエータが用いられ、前記送りねじ機構のロッドが前記中空モータの中空部に引き込まれるものである。
また、本発明は、ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備え、前記下部アームの動作を制御する産業用ロボットの動作方法において、前記バランサを駆動する電動機が前記下部アームを駆動する電動機と同期して駆動されるものである。
また、本発明は、前記バランサを駆動する前記電動機が、前記下部アームを駆動する前記電動機のエンコーダ信号をもとにした指令値により制御されるものである。
また、本発明は、前記バランサを駆動する前記電動機が、前記下部アームの傾斜角度に同期したトルク制御されるものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、構造を簡略化することができ、小型化及び組立工数の縮小によりコストダウンすることができる。特に、電動機に中空アクチュエータを用いた場合、ロッドを中空アクチュエータの中空部に引き込むことができるために、下部アームの傾斜角度にあわせてロッドのストロークが長くなってもバランサの長大化を防止することが可能となる。
また、バランサを駆動する電動機と下部アームを駆動する電動機を同期して動作させることにより、下部アームの傾斜角度に同期したバランサの制御ができるようになるために、下部アームを駆動する電動機の負荷になることなく操作性の良いバランサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１に本発明の産業用ロボットを示す。１は産業用ロボット、２は固定ベース、３は旋回ヘッド、４は下部アーム、５は上部アーム、６は手首部、８はバランサである。産業用ロボット１は、固定ベース２上に旋回ヘッド３が取り付けられており、旋回ヘッド３上に下部アーム４が取り付けられるとともに電動式のバランサ８が備えられている。
また、上部アーム５は手首軸を先端に備え、下部アーム上に旋回自在に備えられている。このように、本発明では６軸構成の産業用ロボットを用いて説明する。
本発明が従来技術と異なる部分は、構造を簡略化し、トルク制御機能を有するバランサが旋回ヘッドに備えられた部分である。
次に、産業用ロボットの各部の動作について説明する。産業用ロボット１は、固定ベース２上に旋回ヘッド３が取り付けられ、Ｚ軸まわりに回転する。旋回ヘッド３上に備えられた下部アーム４はＸ軸まわりに回転し、傾動動作する。また、上部アーム５は、Ｘ軸およびＹ軸まわりに回転する手首軸を先端に備え、上部アーム自身もＸ軸まわりに回転動作する。
次に、バランサ８の詳細について図２を用いて説明する。８１は駆動用モータ、８２はボールねじ、８３はナット、８４はロッドである。駆動用モータ８１は、電動機からなり、本発明では中空モータを例にとって説明する。駆動用モータ８１の出力軸はボールねじ８２とカップリング８５を介して結合し、駆動用モータ８１の回転が伝達されている。ボールねじ８２はナット８３と螺合し、ナット８３の外周には下部アームに取り付けられるロッド８４が取り付けられている。
駆動用モータ８１が回転すると、ボールねじ８２も回転し、ボールねじ８２に螺合したナット８３およびロッド８４は前進または後退動作を行う。ここで駆動用モータ８１に中空モータを用い、中空モータの中空部が図２のようにロッド８４の径よりも広い径で形成されていれば、駆動用モータ８１の回転によりロッド８４は中空モータの中空部内に引き込むことができる。このためにバランサ８をより小型化することが可能となる。
次に、下部アームとバランサの動作の関係について図３を用いて説明する。１０はロボットコントローラ、１１はロボット制御器、１２は下部アーム駆動用モータ、１３は下部アーム駆動用エンコーダ、１４はバランサ制御器、１５はバランサ駆動用モータ、１６はバランサ駆動用エンコーダ、１７は演算器である。ロボットコントローラ１０からの動作指令がロボット制御器１１およびバランサ制御器１４に指令され、ロボット制御器１１では、動作に相当した移動量を指令値としたＰＩＤ制御され、下部アーム駆動用モータ１２に電流が供給され、下部アームを移動させる。また、このときの移動量を下部アーム駆動用エンコーダ１３で検出され、ロボット制御器１１およびバランサ制御器１４にフィードバックされる。下部駆動用エンコーダ１３で検出された移動量は、演算器１７でバランサ制御器１４の位置指令になるように演算され、バランサ制御器１４もＰＩＤ制御されて、バランサ駆動用モータ１５に電流が通電される。バランサ駆動用モータ１５による移動量はバランサ駆動用エンコーダ１６により検出され、バランサ制御器１４へフィードバックされる。
このように下部アームとバランサの位置関係については、下部アーム駆動用エンコーダ１３の信号から演算された指令値をバランサの位置指令として用いることで、下部アームとバランサは同期した動作をすることが可能である。
また、バランサのロッドの各位置における推力は、下部アームの傾斜角度や回転中心からのモーメント荷重などから求められ、これに応じた電流ゲインをバランサ制御器１４で与えられることで、バランサ駆動用モータ１５への電流値も相当な値があたえられることになる。ここで、ロッドの推力は、ボールねじのリードと駆動用モータのトルクから求められるので、駆動用モータの電流値を制御することで、ロッドの推力を制御することが可能である。
ここでは、バランサ制御器への位置指令を下部アーム駆動用エンコーダの信号から生成した値を用いて説明したが、ロボットコントローラから決められた値を与えてもよく、その場合は、バランサ駆動用モータのトルクだけを管理するようにトルク制御モードで制御することにより、下部アームの傾斜角度に相当したバランサ駆動用モータへの電流が供給されることになる。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
アームバランス装置をモータ化することによって簡略された構造となるため、全ての第２軸アームの傾動に補助が必要な垂直多間接ロボットに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例を示す産業用ロボットの側断面図
【図２】本発明の実施例を示すアームバランス装置の側断面図
【図３】本発明の実施例を示すブロック図
【図４】従来の産業用ロボットを示した側面図
【図５】従来の圧縮バネを使用したアームバランス装置の側断面図
【符号の説明】
【００１０】
１  産業用ロボット
２  固定ベース
３  旋回ヘッド
４  下部アーム
５  上部アーム
６  手首部
７  バランサ
８  バランサ
１０  ロボットコントローラ
１１  ロボット制御器
１２  下部アーム駆動用モータ
１３  下部アーム駆動用エンコーダ
１４  バランサ制御器
１５  バランサ駆動用モータ
１６  バランサ駆動用エンコーダ
１７  演算器
７１  ロッド
７２  バネ
７３  シリンダ
８１  電動機
８２  ボールネジ
８３  ナット
８４  ロッド
８５  カップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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